Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Усилители на биполярных транзисторах.

Для использования транзистора в усилителе прежде всего необходимо обеспечить начальный режим работы транзистора, который равноценен термину “начальный режим работы усилителя”, характеризуемый положением рабочей точки “рт”.

Для стабильной работы усилителя стремятся не допускать изменения положения выбранной “рт”, что может происходить при работе усилителя в результате изменении температуры р-n переходов транзистора.

В зависимости от способа обеспечения начального режима для схемы включения транзистора с общим эмиттером различают три схемы усилителей:

· с фиксированным током базы;

· с коллекторной стабилизацией;

· с эмиттерной стабилизацией.

Первая схема используется очень редко, поскольку при изменении температуры за счет изменения bст и Iкo транзистора изменяется положение “рт”, а также для каждого значения bст необходимо индивидуально подбирать сопротивление резистора Rб, определяющего ток базы.

В схемах с коллекторной и эмиттерной стабилизацией при изменении температуры автоматически изменяется ток базы, что компенсирует возможное изменение положения “рт”, которая практически не изменяет своего положения.

В усилителях различают пять режимов работы транзисторов: А, АВ, В, С и D, которые называют классами работы.

В режиме класса А ток коллектора всегда больше нуля, и он увеличивается или уменьшается в зависимости от входного усиливаемого сигнала. В режиме класса В начальный ток коллектора выбирается равным нулю, и ток коллектора может только увеличиваться. При усилении сигнала в режиме класса В используют одновременно два транзистора, каждый из которых усиливает только одну полуволну сигнала. Режим класса “АВ” является промежуточным между режимами классов “А” и “В”. В режиме класса “С” на вход транзистора подается запирающее напряжение, в результате чего в каждый период входного сигнала ток коллектора протекает в течение времени, меньшего, чем половина периода сигнала. Режимом класса “D” называют ключевой режим работы транзистора (транзистор находится или в режиме насыщения, или в режиме отсечки).

Усилитель с эмиттерной стабилизацией.Схема усилителя сигнала на биполярном транзисторе VT1 структуры n-р-n (например, типа КТ503Б, КТ315Б) с эмиттерной стабилизацией и резистивной нагрузкой (RC – усилитель) приведена на рис. 3. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Конденсаторы С1 и С2 называются разде-лительными (они обеспечивают разде-ление по постоянному току цепей входа и выхода транзистора). При этом переменные составляющие усиливаемых сигналов проходят через конденсаторы.

Конденсатор Сэ называется блокировочным, поскольку он замыкает по переменному току (блокирует) резистор Rэ. В результате этого в усилителе не действует обратная связь по переменному току, по постоянному же току усилитель охвачен отицательногй обратной связью, что обеспечивает стабильную его работу.

На вход транзистора подается усиливаемый сигнал с генератора uвх. Усиленный сигнал из цепи коллектора подается на сопротивление нагрузки Rн. С помощью резис-тора R1 в усилителе задается базовый ток транзистора, резистор R2 c резистором R1 образуют делитель напряжения, обеспечивающий с резистором Rэ режим эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора.

Чтобы провести расчет усилителя при условии, что заданы Ек и Rк, необходимо сначала на выходной ВАХ транзистора выбрать положение “рт”, для которой определяем напряжение uкэ.рт и ток iк.рт, и по входной ВАХ – напряжение uбэ.рт, ток iбэ.рт и входное сопротивление транзистора для переменного тока Rвх.оэ = Duбэ.рт/Diбэ.рт. По значениям iк.рт и iбэ.рт находим значение bст, значение b для переменного тока определяем по выходной ВАХ в выбранной “рт” (b = Diк.рт рт/iбэ.рт).

Затем выбираем падение напряжения на эмиттерном резисторе Rэ, что можно сделать из условия:

uRэ = (0,1 ¸ 0,3) Ек.

Далее определяем сопротивление резистора Rэ:

Rэ = .

По току базы выбираем ток делителя iд напряжения, протекающий через резисторы R1 и R2 при отключенной базе транзистора, используя выражение:

iд = (8 ¸ 10) iб.

Затем находим сумму сопротивлений резисторов R1 + R2:

R1 + R2 = .

Определяем падение напряжения на резисторе R2:

uR2 = uRэ + uбэ.рт,

после чего определяем сопротивление резистора R2:

R2 = .

И окончательно по сумме сопротивлений (R1 + R2) и сопротивлению R2 определяем сопротивление резистора R1.

Емкости разделительных конденсаторов С1 и С2 и блокировочного конденсатора Сэ при расчете усилителя определяют из допустимых частотных искажений Мн усилителя на низких частотах.

Коэффициенты усиления усилителя (рис. 3) по напряжению Кu, току Кi и мощности КР для средних частот сигнала можно определить из выражений:

Кu = ; Кi = , КР = КuКi , (1)

где Rвх.оэ – входное сопротивление транзистора для схемы с общим эмиттером; b - динамический коэффициент передачи тока (для переменного тока) в схеме с общим эмиттером.

Если отключить блокировочный конденсатор Сэ, то в усилителе будет действовать ООС по переменному току (по классификации - последовательная обратная связь по току). В этом случае коэффициент усиления усилителя по напряжению уменьшится и приближенно будет равен:

Кu.ос = . (2)

При расчете и анализе схем с использованием эквивалентной схемы транзистора, с учетом того, что в цепи действуют одновременно постоянные и переменные напряжения, необходимо провести сначала анализ электрической цепи по постоянному току, а затем по переменному.

Для этого на основе схемы (рис. 3) составляют две эквивалентные схемы, в которых транзисторы заменяют их простыми моделями. При этом в эквивалентной схеме для переменного тока считают, что в области средних частот переменные составляющие падений напряжений на конденсаторах С1, С2 и С3 пренебрежимо малы. По полученным эквивалентным схемам электрической цепи известными методами анализа электрических цепей проводят расчет требуемых параметров.

RC-усилитель на полевом транзисторе (с управляющим р-n переходом и каналом p – типа, например, типа КП103И), включенном по схеме с общим истоком можно построить по схеме (рис. 4).

В усилителе между затвором и истоком необходимо задать начальное смещение, которое для данного транзистора должно быть положительным (запирающим для р-n перехода).

С целью получения этого напряжения в цепь истока включен резистор Rи, падение напряжения на котором uRи от протекающего тока истока iи приложено к цепи между затвором и истоком, т.е. uзи = uRи (т.к. падение напряжения на резисторе Rз практически равно нулю).

Такая схема называется схемой с автоматическим смещением (в ней нет дополнительного источника напряжения смещения).

При расчете настоящей схемы сначала необходимо выбрать положение рабочей точки “рт” (iс.рт, uси.рт, uзи.рт), что можно сделать по заданному значению сопротивления Rc и напряжения Ес, используя выходные ВАХ транзистора.

В лабораторной работе необходимо выбрать значения: iс.рт = 0,5Iс.н, uси.рт = 0,5Ес, uзи.рт = 0,2Uзи.отс, где Uзи.отс – напряжение отсечки; Iс.н - начальный ток стока транзистора, Ес – ЭДС источника питания.

Затем по выбранному току стока (iс.рт = iи.рт) и напряжению uзи.рт необходимо определить сопротивление резистора Rи:

Rи = .

Сопротивление резистора Rз обычно выбирают равным 1 МОм и более.

Модуль коэффициента усиления по напряжению для данной схемы (рис. 4) в области средних частот можно определить из выражения:

Кu = S , (3)

где S – крутизна характеристики полевого транзистора.

Назначение конденсаторов С1 ¸ С3 в усилителе (рис. 4) аналогично соответствующим конденсаторам RC – усилителя на биполярном транзисторе (рис. 3).

Если отключить блокировочный конденсатор Си, то в усилителе будет действовать ООС по переменному току. В этом случае коэффициент усиления усилителя по напряжению приближенно можно рассчитать, используя выражение (4):

Кu.ос = , (4)

Усилители постоянного тока УПТпредназначены для усиления постоянных и медленно изменяющихся сигналов. Эти усилители могут использоваться и для усиления переменных сигналов.

Особенностью усилителей постоянного тока является необходимость использования гальванической связи (без разделительных конденсаторов) между источником сигнала и входом усилителя, а также выходом усилителя и нагрузкой, что определяет специфику построения УПТ.

Для получения высокой стабильности УПТ их выполняют в виде дифференциальных усилителей, использующих одновременно включенные два транзистора с эмиттерной связью.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...